空间电子技术与天文史话结课论文.doc

空间电子技术与天文史话结课论文学号：0904220205 姓名：李聪羚在晴朗的夜晚，每当我们仰起头，就会看到满天的繁星。从古至今，星空以它无与伦比的浩瀚、深邃、美丽及神秘激起着人类无数的遐想，因此，探索星空便是人类一个恒久的梦想。曾经看过一部名为星际旅行的美国科幻电视连续剧，其中有这样一句简短却意味无穷的题记：星空，最后的前沿。当我第一次观看这部电视连续剧的时候，这句用一种带有磁性的话外音念出的题记给我留下了深刻的印象并使我对宇宙产生了浓厚的兴趣。本着自己对天文知识的兴趣，本学期我选了空间电子技术与天文史话这门科技选修课。课程期间老师向我们介绍了与空间电子技术与天文有关的各种知识，同时也为我们播放了有关宇宙的各种电影及科学短片，让我在满足自己的好奇心与兴趣时，也在不知不觉中受益匪浅。此次课程老师很有条理的跟我们介绍了这门课程，印象中，老师分别从航天简史、全球定位系统、卫星通信及天文史话等四个大方面进行了叙述，所以我也决定按照这种思路来完成这篇结课论文。1、 航天简史探索浩瀚的宇宙，是人类千百年来的美好梦想。我国在远古时就有嫦娥奔月的神话。公元前1700年，我国有“顺风飞车，日行万里”之说，还绘制了飞车腾云驾雾的想像图。外国也有许多有关月亮的美好传说。自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天以来，航天活动便成为国民经济和军事部门的重要组成部分。航天技术是现代科学技术的结晶，它以基础科学和技术科学为基础，汇集了20世纪许多工程技术的新成就。自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交叉和渗透，产生了一些新学科，使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求，又促进了科学技术的进步。首先是火箭技术。火药是中国古代的四大发明之一，火箭是在火药发明之后中国人发明的。18世纪，印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程达3公里。这些初期火箭的原理成了近代火箭技术的基础。真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭，飞行高度达3公里。1942年10月发射成功V-2火箭（A4型），飞行高度85公里，飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功，把航天先驱者的理论变成现实，是现代火箭技术发展史的重要一页。前苏联与美国都是火箭发射的先驱，而中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功。我国有长征号（CZ）系列运载火箭，主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四种基本型运载火箭和CZ-1D、C（CZ-2C）、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等几种改进型。1990年4月7日，中国CZ-3 运载火箭发射成功美国制造的亚洲一号卫星。长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列，至今已将27颗外国卫星发射上天。此外，还有英国、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国均有利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。火箭之后进入了卫星时代。人造地球卫星的计划设想早在1945年就在美国出现。随着现代科学技术和一系列大功率运载火箭的发展，为人造地球卫星的研制和发射打下了坚实的基础。人造地球卫星出现之后，60年代前苏联和美国发射了大量的科学实验卫星、技术实验卫星和各类应用卫星。80年代后期新起的单一功能的微型化、小型化卫星是卫星发展上的新动向，这类重量轻、成本低、研制周期短、见效快的小型卫星将是未来卫星的一支生力军。除美、苏外，中国、欧洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等国都拥有自己研制的卫星。卫星航天活动大大扩大了人类知识宝库和物质资源、给人类日常生活带来了重大的影响和巨大的经济效益。航天活动大大推动了现代科学技术和现代工农业的向前发展。空间探测也是航天简史不可缺的一部分。空间探测的主要目的是：了解太阳系的起源、演变和现状；通过对太阳系内的各主要行星及其卫星的比较研究进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。探测主要分为月球探测及行星和行星际的探测。月球是地球的唯一的天然卫星，自然成为空间探测的第一个目标。直接考察月球有助于更好地了解地-月系统的起源，月球是未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的第一个定居点。而关于行星和行星际探测，人类长期借助于天文望远镜观测行星表面的细节，发现了土星光环、木星卫星和天王星；运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星；借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气层观测行星，已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星和行星际空间的研究提供了新的手段。为了探索宇宙的奥秘，美欧联合研制的“哈勃空间望远镜”于1990年4月发射升空，这项计划获得了巨大的成功，十年间进行了10多万次的天文观测，观测了大约13670个天体，向地球发回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙诞生早期的“原始星系”、慧星撞击木星以及遥远星系等许多壮观图像，为近2600篇科学论文提供了依据。这是人类空间天文观测工作的一个里程碑。最后也是最重要的便是载人航天技术。尽管航天器携带装置精确、灵敏度高、能自动观察、操作、储存、处理数据，但它们不能代替人的思维。初期载人航天器一方面研究航天技术，另一方面进行生物学和医学试验，研究航天员在长期失重条件下的反应，航天员在密闭舱中的工作能力，航天器对接时和走出航天器时的人的生理反应。前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船。截至1985年还发射了27艘载人飞船（“联盟”T号、TM号）和25艘无人飞船（“进步”号）用作天地往返运输系统。1986年发射了和平号空间站，这是未来永久性空间站的核心舱，将于90年代建成由7个舱组成的大型空间站。美国自1961年5月至1966年11月发射了16艘载人飞船（“水星”和“双子星座”）。1967年至1972年共发射了14次“阿波罗”飞船。1973年发射了“天空实验室”并和“阿波罗”飞船进行过对接。1969年尼克松政府宣布70年代研制载人航天飞机，1984年里根政府宣布90年代建立永久性载人空间站。2、 全球定位系统全球定位系统多为人称为GPS导航系统。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。 由于预算压缩，GPS计划部得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。 现在的的GPS主要功能是1跟踪定位2轨迹回放3报警（报告）4里程统计 5短信通知功能 6车辆远程控制7油耗检测8车辆调度。 三、卫星通信 卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）；电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。 全球覆盖的固定卫星通信业务静止地球轨道(GEO)卫星，轨道高度大约为36 000km，成圆形轨道，只要三颗相隔120的均匀分布卫星，就可以覆盖全球。国际卫星通信组织的Intelsat I-IX代卫星。是全球覆盖的最好例子，目前已发展到第九代。 全球覆盖的移动卫星通信海事卫星通信系统Inmarsat是全球覆盖的移动卫星通信，目前工作的为第三代海事通信卫星，它们分布在大西洋东区和西区、印度洋区和太平洋区，第四代Inmarsat一4卫星，已于2005年3月发射了第一颗卫星，另一颗卫星亦准备发射，它们分别定点在64。E和53。W，具有一个全球波束，l9个宽点波束，228个窄点波束，采用数字信号处理器。有信道选择和波束成形功能。近年来卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站(VSAT)系统，中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注和应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点,1972年在我国首次应用，并迅速发展,与光纤通信、数字微波通信一起，成为我国当代远距离通信的支柱。四、天文史话天文学就是研究宇宙中的行星、恒星以及星系的科学。天文学和物理学、数学、地理学、生物学等一样，是一门基础学科。天文学是以观察及解释天体的物质状况及事件为主的学科，通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究，是天文学家努力研究的一个方向。天文学主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。天文学的一个重大课题是各类天体的起源和演化。天文学和其他学科一样，都随时同许多邻近科学互相借鉴，互相渗透。天文观测手段的每一次发展，又都给应用科学带来了有益的东西。随着天文学的发展，人类的探测范围由目测的太阳、月球、天空中的星星到达了距地球约100亿光年的距离，根据尺度和规模，天文学的研究对象可以分为：行星层次、恒星层次和整个宇宙。在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与未来的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的的就是1948年美国科学家伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据现在不断完善的这个理论，宇宙是在约137亿年前